Ein weiterer kleiner Schritt zum Verständnis des Bewusstseins

Neue Forschung zeigt, dass Bewusstsein verteilte Verarbeitung erfordert.

Unser Verständnis darüber, wie das Gehirn eine bewusste Anerkennung hervorruft, wächst und ein Bericht in der Mai-Ausgabe von Science erweitert es weiter.

Die Studie untersuchte neuronale Entladungsreaktionen des Affengehirns auf visuelle Reize. Elektroden wurden in den vier visuellen Kortexbereichen implantiert, die nacheinander durch visuelle Reize aktiviert werden. Der Reiz war ein kreisförmiger Fleck mit variierendem Kontrast im unteren linken Bereich des Gesichtsfeldes. Wenn ein Stimulus ausgelöst wurde, wurden Affen beobachtet, ob sie ihn aber mit dem Kontrast des Flecks gegen den visuellen Hintergrund variierten oder nicht. Affen wurden trainiert, um zu berichten, wenn sie wussten, dass sie den Punkt sahen, indem sie ihren Blick von einem zentralen Befestigungspunkt zum vorherigen Ort des Punktes 450 Millisekunden früher verschoben. Affen berichteten von unerkannten Flecken, indem sie den Blick nach rechts vom Standardfixierungspunkt verlagerten. Die Ermittler haben die Verzögerung für die Berichterstattung auferlegt, um die Antwort zu beseitigen, die eine einfache Reflex Sakkade ist. Eine längere Verzögerung wäre überzeugender gewesen, aber es könnte das Arbeitsgedächtnis des Affen und die leichte Ablenkbarkeit belastet haben.

Wie erwartet, lösten ausreichend kontraststarke Punkte eine Impulsabgabe in jedem der vier visuellen Kortexregionen aus. Ob der Affe berichtete, dass er den Fleck tatsächlich sah, hing davon ab, ob es auch eine erhöhte Impulsabgabe in der Region des frontalen Kortex gab, die Elektroden implantiert hatte. Zweifellos könnten auch andere nicht überwachte Frontbereiche unter Bedingungen aktiviert worden sein, unter denen die Erkennung gemeldet wurde. Der Punkt ist, dass bewusste Erkennung Aktivierung von weit getrennten Hirnarealen zur gleichen Zeit erfordert.

Nicht gezeigt ist hier, wie die frontale Aktivität mit Aktivität in den visuellen Cortex-Arealen interagiert, aber das konnte sicherlich aus Studien in meinem Labor, die im Jahr 2000 berichtet wurden, vorhergesagt werden. Wir zeigten, dass bewusste Wahrnehmung alternativer Wahrnehmungen von mehrdeutigen Figuren beim Menschen stattfand Die elektrische Aktivität (EEG) über die visuellen Bereiche der Kopfhaut wurde hoch synchronisiert, über einen weiten Bereich von Frequenzen mit mehreren frontalen Bereichen, sowohl in der gleichen als auch in der entgegengesetzten Hemisphäre. Abbildung 1 zeigt die Topographie der Kohärenzänderung im Moment der Realisierung für die alternative Wahrnehmung.

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Quelle: WR Klemm

Abbildung 1. Die topographische Zusammenfassung der p <0.01-Level-Kohärenz nimmt bei allen 10 mehrdeutigen Figuren aller Probanden im 25-50 Hz-Band zu. Jedes Quadrat entspricht einer gegebenen Elektrode und zeigt, wie die Aktivität an diesem Ort mit der Aktivität an anderen Orten in dem Moment kohärenter wurde, in dem das Subjekt die alternative Wahrnehmung in einer von 10 mehrdeutigen Figuren bewusst realisierte. Von Klemm et al. (2000). Verbreitete Kohärenzanstiege wurden auch in der Bande unter 25 Hz beobachtet.

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Daher scheint es, dass ein sinnvolles detektierbares Signal, das nicht auf das Sehen beschränkt sein muss, nicht nur seine unmittelbaren neuralen Ziele aktiviert, sondern diese Zielzellen können eine Vorwärtssteuerung auslösen, um Aktivität in mehr frontalen Bereichen auszulösen. Das Feedback aus diesen frontalen Bereichen kann eine zeitgesteuerte oszillatorische Kopplung über weite Bereiche des Kortex aufbauen, die für die bewusste Erkennung offensichtlich notwendig ist. Die Zeitverriegelung verstärkt wahrscheinlich die Signale bis zur Schwelle zur bewussten Realisierung.

Die verteilte Signalverarbeitung bedeutet nicht notwendigerweise, dass das Bewusstsein riesige Weiten neuralen Gewebes erfordert. Erinnern Sie sich an die Split-Brain-Studien in Roger Sperrys Labor, dass sogar ein halbes Gehirn sich der Stimuli bewusst ist, die es empfangen kann. Die Magie des Bewusstseins scheint in der qualitativen Natur der gemeinsamen Nutzung von Daten zu liegen, nicht in der Menge des involvierten Gewebes.

Daher besteht das Hauptproblem darin, wie die oszillierende Kopplung von ansonsten isolierten Schaltkreisen Signale verstärkt, um bewusst erkannt zu werden. “Amplify” kann ein irreführendes Wort sein, da es bisher noch keinen zwingenden Beweis dafür gibt, dass Bewusstsein mit mehr Nervenimpulsen pro Zeiteinheit verbunden ist. Die Impulse werden sicher nicht größer, weil ihre Spannungshöhe durch Konzentration und elektrostatische Gradienten begrenzt ist. Vielmehr kann das Geheimnis im kontrollierten Timing von Impulsen liegen. Eine wahrscheinliche Form der Verstärkung ergibt sich aus dem Nachhall der Aktivität in kohärenten neuronalen Ensembles, was dazu führen könnte, dass der Stimulus lange genug aufrechterhalten wird, um bewusst wahrgenommen zu werden, dh dass das Gehirn sieht, was die Augen sehen.

Bewusstsein kann auch einfach eine Frage der Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses sein. Zeitgesteuerte, widerhallende Aktivität sollte mehr isoliert und vor zufälliger Aktivität geschützt werden, die unzuverlässig mit einem gegebenen Stimulus verbunden ist. Intuitiv spüren wir das in täglichen Erfahrungen. Wenn wir auf einen Baum schauen, kann das kognitive Geräusch der Vielzahl von Baumsignalen unseren Blick auf den Vogel im Baum verdunkeln, bis wir durch Zufall oder Absicht den Vogel sehen können.

Dies lässt uns immer noch eine unvollständige Antwort. Was ist es, Hintergrundgeräusche zu verstärken oder zu reduzieren, die Stimuli bewusst erkennbar machen? Wo ist das “Wer” im Gehirn, das das Realisieren tut? Wenn mein Gehirn etwas sieht oder hört, ist es “Ich”, das es bewusst sieht oder hört. Wie schafft mein Gehirn mein “Ich” und wo in meinem Gehirn ist mein Ich? Eine Möglichkeit ist, dass das unbewusste Gehirn eine Reihe einzigartiger Netzwerkaktivitäten freisetzen kann, die ähnlich wie ein Avatar funktionieren und dem Gehirn eine Funktionalität geben, die es sonst nicht würde haben. Ich habe diese Idee in meinem Beitrag “The Avatar Theory of Consciousness” ausgearbeitet.

Wie findet dieser Avatar “Ich” einen Reiz, den er erkennt? Sucht es danach, wie ein Suchscheinwerfer, der über den Kortex nach stimulusinduzierter Aktivität sucht? Oder vielleicht ist es nicht “nach” Sensation zu suchen, sondern wird in temporäre Existenz ausgelöst, wenn ein Stimulus die benötigte Schwelle erreicht, um das Bewusstsein zu starten. Die Affen-Experimente unterstützen die letztere Option. Wird jedoch ein Reiz erkannt, kann das Bewusstsein das Auslösen überdauern. Wir denken oft bewusst über die Bedeutung eines momentanen Reizes nach, integrieren ihn in Erinnerungen und entwickeln Überzeugungen, Absichten und Reaktionen, entweder kognitiv oder verhaltensbezogen oder beides.

Eine weitere Sache muss erwähnt werden. In den Affeexperimenten war es klar, dass die Affen ständig wach waren, selbst wenn sie keine präsentierten Stimuli detektierten. Wach sein ist also nicht das Gleiche wie bewusst sein. Wir wissen das auch aus menschlichen Experimenten zur unaufmerksamen Blindheit, die zeigen, dass Bewusstsein von selektiver Aufmerksamkeit abhängt. Wachsamkeit ist eine notwendige Bedingung für das Bewusstsein, aber nicht allein ausreichend.

Verweise

Van Vugt, Bram, et al. (2018). Die Schwelle für den bewussten Bericht: Signalverlust und Reaktionsbias im visuellen und frontalen Kortex. Wissenschaft. 360 (6388), 537-542.

Klemm, WR, Li, TH und Hernandez, JL (2000). Kohärente EEG-Indikatoren der kognitiven Bindung bei mehrdeutigen Figurenaufgaben. Bewusstsein und Kognition. 9, 66-85.